PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用(1)(1)

目录

一、问题的提出。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 -1

二、起重机的工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 -2

三、起重机电气控制系统硬件设计。。。。。。。。。。。。。。。 -3

3.1 PLC控制系统……………………………………………………… -4 3.2变频调速系统……………………………………………………… -8

3.3触摸屏系统……………………………………………………….. -14

四、起重机电气控制系统软件设计。。。。。。。。。。。。。。。 -15

五、改造前后技术对比。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 -16

六、结束语。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 -17

PLC与变频器在桥式起重机控制系统

设计中的应用

摘要：针对100/20t桥式起重机原控制系统在启动和调速等方面存在的问题，本文采用PLC、变频器及触摸屏控制技术对其电气控制系统的硬件结构和软件进行总体优化设计。实践表明，改造后的系统有效克服了起重机存在的缺陷，运行可靠，具有良好的工业应用前景。

关键词：可编程控制器；变频器；触摸屏；桥式起重机；优化设计

随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC控制技术和变频调速技术以其可靠性高、运行平稳、控制过程软件化、功能强、灵活性大等特点，已广泛应用于电气传动领域。本研究以桥式起重机的变频调速和以PLC为核心的控制系统设计为例，说明PLC控制系统和变频调速所具备的优越性。

一、问题的提出

马钢某钢厂一100/20t桥式起重机，主要用于吊钢包、吊废钢、加料等。该起重机主要采用交流绕线转子串电阻方法进行启动与调速，继电接触器控制。由于载荷利用率高，工况恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，实际使用中存在如下问题：(1)调速方式只能进行有级调速；(2)起动/制动冲击电流大，对电动机的电刷、滑环及制动器有比较大的冲击，维修率高；(3)串电阻长期发热，电能浪费大，效率低；

(4)接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高等，极大影响了该厂的效益。

本文针对该系统的不足，将可编程序控制器、变频器和触摸屏控制技术应用于桥式起重控制系统中，使得起重机的整体特性得到较大提高，投入运行后效果良好，运行稳定。

二、起重机的工作原理

桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。

起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。

起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。

起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。

桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。

主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。

桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。

三、起重机电气控制系统硬件设计

桥式起重机有四个机构，分别为：

（1）主起升机构：37kW（一台电机）；

（2）副起升机构：30kW（一台电机）；

（3）大车运行机构：2×7.5kW（两台电机）；

（4）小车运行机构：7.5kW（一台电机）；

改进后，起重机控制系统主要由上位机-触摸屏控制系统、下位机-可编程控制器、变频调速系统以及负荷重量测量仪等组成（控制系统结构框图如图1所示）。各机构电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，实现同步运行。所以整个系统有五台电动机，四台变频器。起重机必须实现的操作功能有：主起升机构升降、副起升机构升降、大车运行、小车运行；保护功能有：主副起升机构上升限位、下降限位、大车限位、小车限位，超载保护等。

本系统主要由PLC和变频器来实现起重机的运行及保护等功能。

图1 起重机控制系统结构框图

3.1 PLC控制系统

1、PLC的基本概念

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

2、PLC的基本结构